路面施工中蠟制養(yǎng)護劑的隔離機理與應(yīng)用效果探討

李晉亮,彭慧鳴

（贛州誠正公路工程監(jiān)理有限公司,江西 贛州 341000）

0 引言

貧混凝土基層與半剛性基層能減小水泥路面接縫應(yīng)力和變形，還能提升基層承載力和耐久性，在水泥路面中應(yīng)用十分廣泛。但是，貧混凝土基層與半剛性基層均會與水泥混凝土面層發(fā)生強黏結(jié)和高摩擦，這種黏結(jié)和摩擦會對混凝土體積變化施加一定約束，并在面板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當這種拉應(yīng)力超出混凝土材料抗拉強度時，便會引發(fā)混凝土面層開裂?；诖?，該文依托某病害公路段，對蠟制養(yǎng)護劑材料性能及應(yīng)用效果等展開試驗檢測，為該材料在道路工程中的推廣應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

某一級公路K31+000～K40+650段技術(shù)指標偏低，交通量大，超載車輛多，在運行期間先后出現(xiàn)嚴重的路面破壞，目前已經(jīng)無法承擔正常的交通分流、運輸功能。公路管理部門于2021年初決定對現(xiàn)狀公路段實施升級改造。該病害公路段地處山嶺重丘地區(qū)，地質(zhì)條件復雜，且降雨頻繁，雨量大，擬采用貧混凝土基層、蠟制養(yǎng)護劑隔離層和水泥混凝土面層的養(yǎng)護處治方案。這種直接在貧混凝土基層上鋪設(shè)蠟制養(yǎng)護劑隔離層的路面結(jié)構(gòu)在國內(nèi)相當少見。

2 材料性能及工程應(yīng)用

2.1 材料性能

蠟制養(yǎng)護劑是以石蠟乳液和復合乳化劑為原材料，根據(jù)環(huán)境溫度、路面結(jié)構(gòu)、成膜厚度，按一定比例合成的養(yǎng)護劑[1]。按照《建筑防水涂料試驗方法》（GB/T 16777—2008），將試樣放入烘箱內(nèi)持續(xù)加熱至質(zhì)量恒重，據(jù)此進行固體含量計算。根據(jù)水泥混凝土強度試驗、保水性及耐磨性試驗，為使噴灑過蠟制養(yǎng)護劑的水泥混凝土試件達到《公路工程水泥混凝土養(yǎng)生劑(膜)》（JT/T 522—2022）規(guī)定的技術(shù)水平（即保水率90%，抗壓強度比 ＞90%，磨耗量 ＜2.5 kg/m2，當噴灑量在 0.4 kg/m2以上時的蠟制養(yǎng)護劑固含量≥25%），其聚合物和石蠟質(zhì)量比應(yīng)控制在1∶2。

根據(jù)蠟制養(yǎng)護劑成膜時間，進行鋪筑面層間隔時間及降雨前無需覆蓋塑料薄膜保護層時間的確定。通常情況下，養(yǎng)護劑成膜后即可展開面層水泥混凝土鋪筑，遭遇降雨時無需再覆蓋塑料保護膜。蠟制養(yǎng)護劑成膜時間主要取決于基面密實度及含水率、噴灑量、環(huán)境溫度等；成膜性能的穩(wěn)定性則通過耐熱性試驗加以檢驗，即待蠟制養(yǎng)護劑成膜后，置于60 ℃烘箱內(nèi)，持續(xù)加熱8～10 min，進行耐熱性能觀察。

根據(jù)試驗結(jié)果，蠟制養(yǎng)護劑成膜時間主要與試驗溫度及基面類型有關(guān)，玻璃板、大理石板、水泥混凝土試塊、貧混凝土基層的成膜時間分別在200～340 min、180～270 min、130～170 min 及 70～80 min 之間；且所選用的蠟制養(yǎng)護劑成膜性能較為穩(wěn)定。

2.2 隔離效果的影響因素分析

施工過程中，降雨、車輛、噴灑時間等均會影響蠟制養(yǎng)護劑隔離效果，為此，必須展開影響因素及影響程度的研究。

（1）降雨及噴灑時間。選擇成膜后遭遇降雨的蠟制養(yǎng)護劑基層表面展開隔離效果試驗，并以養(yǎng)護劑噴灑后到澆筑試件的時間間隔為噴灑時間。試驗結(jié)果見表1。根據(jù)試驗結(jié)果，隨著路面基層噴灑蠟制養(yǎng)護劑后澆筑試件間隔時間的延長，綜合摩擦系數(shù)呈增大趨勢。造成這種現(xiàn)象的原因在于，隨時間推移，蠟制養(yǎng)護劑持續(xù)滲入貧混凝土基層，在降雨的情況下隨雨水沖刷而流失；灰塵污染基層表面后降低蠟制養(yǎng)護劑的滑動性。綜合以上結(jié)論，必須盡可能地縮短噴灑時間，在面層施工前幾天噴灑蠟制養(yǎng)護劑隔離層。

表1 降雨及噴灑時間對蠟制養(yǎng)護劑施工質(zhì)量的影響

（2）磨損。在噴灑蠟制養(yǎng)護劑后通過石板將基層表面打磨，并在打磨后的基層上澆筑混凝土試件，待試件強度達到設(shè)計要求后展開摩擦系數(shù)試驗，通過以上過程模擬行車荷載對蠟制養(yǎng)護劑隔離層的影響。表2中磨損處理指所噴灑的蠟制養(yǎng)護劑成膜并固化后，通過石板在其表面磨耗至少10個來回，并在其上澆筑水泥混凝土試件。根據(jù)表中試驗結(jié)果得出，磨損對蠟制養(yǎng)護劑隔離效果的影響與基層類型有關(guān)?？傮w而言，碾壓基層磨損處理后的隔離效果比滑模基層好，兩種基層磨損后的黏結(jié)應(yīng)力降幅分別達到60.4%和43.1%。這也表明，由于基層表面存在構(gòu)造深度，蠟也存在一定的滲透作用，故磨損處理不可能使基層表面蠟制養(yǎng)護劑完全磨耗，即使在重載交通反復作用下，也僅僅磨耗掉凸起的養(yǎng)護劑部分[2]。為增強隔離效果，必須在施工中采取防護措施并對磨耗區(qū)域?qū)嵤┭a噴。

表2 磨損對蠟制養(yǎng)護劑施工質(zhì)量的影響

（3）灰塵污染。因受到運行環(huán)境的影響，高速公路車道灰塵較多，蠟制養(yǎng)護劑噴灑后表面呈青灰色，3 d后因灰塵污染而變成黑色或淡黃色。在噴灑后的第3 d，于隔離層上澆筑試件，并按《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTG 5142—2019）養(yǎng)護至規(guī)定齡期后展開試驗。根據(jù)表3中試驗結(jié)果，蠟制養(yǎng)護劑噴灑后短時間內(nèi)的灰塵污染對隔離效果影響并不大。

表3 灰塵污染對蠟制養(yǎng)護劑施工質(zhì)量的影響

2.3 試驗路鋪筑及質(zhì)量控制

基于以上室內(nèi)外試驗所確定的施工參數(shù)，進行該病害一級公路試驗段不同養(yǎng)護劑隔離層的試鋪。該公路試驗段蠟制養(yǎng)護劑現(xiàn)場噴灑用量為0.3 L/m2，最小用量應(yīng)控制在0.25 L/m2以上；要求基層表面構(gòu)造深度≤0.3 mm，局部不超出0.6 mm。該高速公路試驗段基層質(zhì)量差、骨料外露、坑槽面積較大的部位，必須設(shè)置1 cm厚的乳化瀝青稀漿隔離封層。

根據(jù)試驗段試鋪施工，總結(jié)出以下質(zhì)量控制要點：在貧混凝土表面養(yǎng)護劑膜未形成時，如遇大風降雨天氣，必須加蓋防風防雨設(shè)施；為增強隔離效果，應(yīng)在面層水泥混凝土攤鋪前24～48 h噴灑蠟制養(yǎng)護劑，噴灑后的4 h內(nèi)，禁止通行；蠟制養(yǎng)護劑噴灑后15 d內(nèi)未鋪筑面層，則在面層鋪筑前必須再次噴灑。

3 蠟制養(yǎng)護劑的隔離效果評價

3.1 層間剪切試驗

在K31+000～K32+000試驗段不同基層表面現(xiàn)場成型長150 mm、寬150 mm、高550 mm的小梁。試件自重0.298 kN，待其抗壓強度在30～35 MPa時，向試件頂端施以水平推力直至試件破壞，并檢測致使試件破壞的最大水平推力值。通過以上過程模擬混凝土面板形變時對應(yīng)的摩擦力和黏結(jié)應(yīng)力。試驗裝置見圖1，試驗結(jié)果見表4。表中，綜合摩擦系數(shù)為試件頂推力最大值和試件自重之比，通過該指標綜合體現(xiàn)界面靜摩擦力和黏結(jié)應(yīng)力力學指標。試驗結(jié)果表明，未設(shè)置隔離層時，界面黏結(jié)應(yīng)力＞0.3 MPa，噴灑蠟制養(yǎng)護劑隔離層后黏結(jié)應(yīng)力最大、最小值分別為0.16 MPa和0.05 MPa。層間黏結(jié)應(yīng)力的降低是蠟制養(yǎng)護劑減弱過渡層、降低水泥黏合效果的綜合體現(xiàn)。

表4 層間剪切試驗結(jié)果

圖1 層間剪切試驗裝置

3.2 滑動摩擦力試驗

在層間剪切試驗的基礎(chǔ)上，直接向試件端頭施加水平推力，以測定試件滑動摩擦力，并根據(jù)水平推力和試件自重之比計算滑動摩擦系數(shù)。試驗結(jié)果匯總至表5。根據(jù)試驗結(jié)果，當向試件施加0.298 kN（相當于1個試件自重）的法向壓力時，不同隔離層表面的滑動摩擦系數(shù)取值較為接近，且均隨法向壓力值的增大而減小；且噴灑蠟制養(yǎng)護劑隔離層的試件滑動摩擦系數(shù)降幅更大，因為蠟制養(yǎng)護劑起到了潤滑作用。

表5 滑動摩擦力試驗結(jié)果

3.3 拉拔力試驗

通過該試驗，主要進行隔離層表面和基層法向黏結(jié)應(yīng)力大小的比較與判斷，并深入分析基層和面層法向黏結(jié)應(yīng)力差異。在碾壓基層噴灑蠟制養(yǎng)護劑，并在其上澆筑直徑11 cm的圓柱體試件，待達到設(shè)計強度后參照橋梁橋面防水涂料拉拔力試驗過程展開試驗[3]。試驗裝置見圖2。根據(jù)試驗結(jié)果，不噴灑蠟制養(yǎng)護劑的隔離層拉拔力4.97 kN，法向黏結(jié)應(yīng)力523.9 kPa，變異系數(shù)0.09；噴灑蠟制養(yǎng)護劑隔離層的拉拔力為0.51 kN，法向黏結(jié)應(yīng)力52.4 kPa，變異系數(shù)0.13，法向黏結(jié)應(yīng)力降幅達到90%。

圖2 拉拔力試驗裝置

4 結(jié)論

綜上所述，對于表面構(gòu)造深度在0.3 mm以內(nèi)的貧混凝土基層，噴灑蠟制養(yǎng)護劑的隔離方案可較好滿足基層和面層隔離的需要，蠟制養(yǎng)護劑平均造價為2.5元/m2。與之相比，乳化瀝青稀漿封層平均造價在12～14元/m2左右，故該文提出的隔離方案經(jīng)濟上合理，技術(shù)上可行。該文所采用的蠟制養(yǎng)護劑材料性能及隔離效果評價試驗均簡單可靠，但因缺乏大規(guī)模工程應(yīng)用和實踐檢驗，所得出的試驗結(jié)果和足尺條件下試驗結(jié)果的關(guān)系仍有待進一步探討。此外，該文得出的蠟制養(yǎng)護劑隔離機理和應(yīng)用效果均基于貧混凝土基層上鋪水泥混凝土面層而得出，對于半剛性基層，隔離效果及施工質(zhì)量檢驗措施也有待更加深入的研究。